Сколько раз бывает, что человек теряет контроль над своим телом и в итоге оказывается на земле? Это не происходит регулярно, но каждому приходится сталкиваться с этим. А каковы основные причины неожиданных падений? Что вызывает изменения в движении наших тел? Какие объекты способны с легкостью изменять свою траекторию, а какие сталкиваются с препятствиями? Обо всем этом мы узнаем в ходе предстоящего урока.
Инерция и ее роль
Выясняется, что все объекты имеют способность сохранять первоначальную скорость до тех пор, пока на них не начнут действовать внешние силы. В физике этот принцип известен как инерция. Именно она становится основной причиной падений, например, на скользкой поверхности.
Человек падает из-за того, что спотыкается о препятствие. Падение происходит потому, что ноги внезапно останавливаются из-за препятствия, в то время как тело продолжает двигаться вперед из-за отсутствия поддержки.
Человек потерял равновесие и начал падать, когда его ноги внезапно выскользнули вперед, опережая тело, что привело к приближению его позиции к горизонтальной. В таких ситуациях сохранить стойкость бывает непросто, и в итоге человек оказывается на земле.
В моменты когда автобус резко замедляется, пассажиры неизбежно склоняются вперед. Сиденья, закрепленные непосредственно на автобусе, останавливаются вместе с ним, в то время как тела пассажиров продолжают двигаться вперед и наклоняться к спинкам сидений перед ними. Без использования ремней безопасности, существует риск ушибов о близлежащие предметы внутри транспортного средства.
Велосипедисты, всадники и мотоциклисты также сталкиваются с риском потери контроля и падения в случае внезапной остановки своего транспорта.
Как насчет ДТП на дорожных путях? Их можно было бы избежать, если бы транспортные средства могли остановиться за долю секунды. Впрочем, даже небольшой легковой автомобиль, движущийся со скоростью в 60 км/ч, требует для полной остановки примерно 25 метров тормозного пути. Для грузовиков этот путь значительно увеличивается и составляет около 40 метров при той же скорости. Сложные погодные условия, такие как дождь или гололед, могут увеличить эти расстояния. Все это обусловлено явлением инерции, игнорирование которого может привести к опасным последствиям. Пешеходам, переходящим дорогу, следует помнить, что они не способны мгновенно оценить, на каком расстоянии от них находится приближающийся автомобиль, и необходимо строго придерживаться правил дорожного движения.
Инерция находит свое применение и в полезных сценариях. К примеру, в спорте, в дисциплинах типа прыжков в длину, спортсменам необходимо набрать высокую скорость для достижения максимальной дальности прыжка благодаря инерции. Также инерция используется при очистке ковров от пыли или при встряхивании медицинского термометра: резкое остановление коврика или термометра вызывает движение пылинок и ртути соответственно, что способствует их очищению. В детских играх, например, когда дети внезапно меняют направление движения, инерция заставляет преследующего промахнуться и пробежать мимо.
В соответствии с законами физики, объекты продолжают двигаться прямолинейно и с постоянной скоростью, если на них не действуют внешние силы. Например, хоккейная шайба скользит по гладкой поверхности льда после того, как по ней ударили, и продолжает свое движение до тех пор, пока не столкнется с вратарем или краем поля. После столкновения шайба изменяет свой путь.
Однако в реальных условиях скорость любого объекта, движущегося без внешнего воздействия, со временем снижается и в итоге объект приходит в состояние покоя из-за взаимодействия с другими объектами или поверхностями. К примеру, автомобили в конечном итоге остановятся без использования тормозов из-за трения между шинами и дорогой. Поверхность дороги не идеально гладкая, а шины имеют рельефный узор, известный как протектор, который улучшает сцепление с дорогой и способствует замедлению. Также существенное сопротивление движению оказывает воздух.
Представьте, что мы изъяли асфальт из-под шин и удалили воздух, окружающий автомобиль. В таком случае, машина бы продолжила движение прямолинейно и непрерывно, не сталкиваясь с какими-либо препятствиями в вакууме. Это означало бы, что её движение не прекратится ни при каких условиях, и она бы двигалась вечно. Однако, это лишь теоретическое предположение, которое не имеет места в реальной природе.
Также общеизвестно, что остановить грузовик значительно сложнее, чем легковой автомобиль. Точно так же, начать движение и разогнать тяжелый объект гораздо труднее, чем легкий. С легкими предметами эти действия выполняются значительно быстрее.
Это качество объектов, определяющее их способность к быстрому или медленному изменению скорости, называется инерцией. Возьмем в пример свинцовый шар, подвешенный на нити. Если не трогать шар и нить, они оба останутся в состоянии покоя. Если потянуть за нижнюю часть нити медленно, сила руки передастся шарику, затем к верхней части нити, и она порвется. Но если резко дернуть за нижнюю часть нити, шарик не сможет так быстро реагировать на действие, и в результате лопнет нижняя часть нити. Это демонстрирует, что шар обладает большей инерцией, чем нить.
Объекты с большой массой обладают высокой степенью инертности. Их сложно заставить двигаться, и точно так же сложно остановить, для этого потребуется больше времени. В отличие от них, процессы ускорения и замедления с объектами меньшей массы происходят гораздо быстрее из-за их низкой инертности.
Объекты с большей массой продолжают движение на более длительные расстояния и временные промежутки по сравнению с объектами меньшей массы, которые менее подвержены инерции.
Важно различать данные термины.
Инерция представляет собой физическое явление, подразумевающее невозможность объекта мгновенно остановить свое движение; он будет сохранять прямолинейное и равномерное движение. В то время как инертность является характеристикой объекта, указывающей на скорость, с которой он способен менять свою скорость.
